(57)【要約】 【課題】  被測定対象物の角度及び距離を正確に測定することができる光学測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】  光学測定装置は角度測定用レーザ光源１１、角度測定用撮像素子１２、レーザ駆動回路１３、距離測定用レーザ光源２１、距離測定用撮像素子２２、レーザ駆動回路２３、ＣＰＵ４を主体として構成され、角度測定用撮像素子１２並びに距離測定用撮像素子２２からの出力信号Ｓｃ、Ｓｄに基づいて、ワークＷの角度・距離を算出する。また、ＣＰＵ４は距離測定用撮像素子２２の受光量に応じて距離測定用レーザ光源２１から照射される光の投光量の増減を上限値を越えない範囲内で自動調整する。従って、受光レベルが安定するし、投光量が増加し過ぎて距離測定用レーザー光源２１が角度測定用撮像素子１２に影響を与えることがない。したがって、ワークＷの距離・角度を正確に測定することが可能となる。【選択図】  図５
2005300478.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定対象物に光を照射しその反射光に基づいてこの被測定対象物の傾き及び距離を測定する光学測定装置であって、
角度測定用投光手段からの光を前記被測定対象物に導く導光手段と、
角度測定用撮像手段と、
前記被測定対象物で反射した角度測定用反射光を集光し、かつ前記角度測定用撮像手段の備える撮像面に導く集光手段と、
前記被測定対象物に対して所定角度傾いた方向から光を照射可能である距離測定用投光手段と、
前記距離測定用投光手段から照射される光の投光量を増減調整可能な調整手段と、
前記距離測定用投光手段から照射され前記被測定対象物で反射した距離測定用反射光を、前記角度測定用撮像手段が角度測定用反射光を撮像するのと同じタイミングで撮像可能な距離測定用撮像手段と、
前記角度測定用撮像手段並びに前記距離測定用撮像手段からそれぞれ得られる前記角度測定用反射光及び前記距離測定用反射光に関する出力信号に基づいて前記被測定対象物の距離及び角度を算出する演算手段と、
前記演算手段による距離・角度の算出に先だって前記距離測定用撮像手段から得られる受光量に応じて前記距離測定用投光手段から照射される光の投光量を増減させることで同受光量が所定の基準受光レベルになるように前記調整手段の制御を行う制御手段と、
前記調整手段による前記距離測定用投光手段から照射される光の投光量の増減調整に関し、同投光量の上限値を定める上限値設定手段とを備えてなることを特徴とする光学測定装置。
【請求項２】
被測定対象物に光を照射しその反射光に基づいてこの被測定対象物の傾き及び距離を測定する光学測定装置であって、
角度測定用投光手段からの光を前記被測定対象物に導く導光手段と、
角度測定用撮像手段と、
前記被測定対象物で反射した角度測定用反射光を集光し、かつ前記角度測定用撮像手段の備える撮像面に導く集光手段と、
前記被測定対象物に対して所定角度傾いた方向から光を照射可能な距離測定用投光手段と、
前記距離測定用投光手段から照射される光の投光量を増減調整可能な調整手段と、
前記距離測定用投光手段から照射され前記被測定対象物で反射した距離測定用反射光を、前記角度測定用撮像手段が角度測定用反射光を撮像するのと同じタイミングで撮像可能な距離測定用撮像手段と、
前記角度測定用撮像手段並びに前記距離測定用撮像手段からそれぞれ得られる前記角度測定用反射光及び前記距離測定用反射光に関する出力信号に基づいて前記被測定対象物の距離及び角度を算出する演算手段と、
前記演算手段によって算出された距離が所定範囲内にあるか、否かの判定を行い、前記被測定対象物が前記所定範囲外にあるときには前記距離測定用投光手段からの投光を中止、或いは減光させるように前記調整手段の制御を行う制御手段とを備えてなることを特徴とする光学測定装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
被測定対象物が所定範囲外にある場合には請求項２における前記距離測定用投光手段からの投光を中止、或いは減光させる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の光学測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定対象物の距離及び傾きを測定する光学測定装置として特許文献１のものが開示されている。
このものは三角測距の原理を用いて被測定対象物の距離及び傾きを測定するものであり、距離測定用光学系と傾き測定用光学系とを備えている。変位測定用光学系では、レンズにより収束された投光素子からの光を被測定対象物に対して斜めから投射し、反射光をレンズにより収束して撮像手段の撮像面に結像する構成とされており、その撮像面における結像位置により被測定対象物の距離を測定することができる。
また、傾き測定用光学系は、レンズにより平行光とされた投光素子からの光を被測定対象物に対して斜めから投射し、反射光をレンズにより収束して撮像手段の撮像面に結像する構成とされており、その撮像面における結像位置により被測定対象物の傾きを測定することができる。
【特許文献１】特開平８−２４０４０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記構造では二つの独立した光源をもっている。この場合には、光源から光を交互に照射して角度並びに距離に関するデータを時間差をおいて個別に取得する方法と、光源から光を同時に照射して角度並びに距離に関するデータを同時に取得する方法をとることが出来るが、データを同時に取得する方法の方が測定の信頼性に優れる。しかしながら、光源から照射された光は反射を繰り返して減衰するから、例えば、一方側の光源からの照射された光の反射光が他方側の撮像手段に入光する場合がある。特に、予め角度を算出してから所定の補正をおこなった後に、距離が算出される場合には距離用の光源からの光が角度測定用の撮像手段に入光すると、誤差が無視できなくなる。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、被測定対象物の距離及び角度を正確に測定することが可能な光学径測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、被測定対象物に光を照射しその反射光に基づいてこの被測定対象物の傾き及び距離を測定する光学測定装置であって、角度測定用投光手段からの光を前記被測定対象物に導く導光手段と、角度測定用撮像手段と、前記被測定対象物で反射した角度測定用反射光を集光し、かつ前記角度測定用撮像手段の備える撮像面に導く集光手段と、
前記被測定対象物に対して所定角度傾いた方向から光を照射可能である距離測定用投光手段と、前記距離測定用投光手段から照射される光の投光量を増減調整可能な調整手段と、前記距離測定用投光手段から照射され前記被測定対象物で反射した距離測定用反射光を、前記角度測定用撮像手段が角度測定用反射光を撮像するのと同じタイミングで撮像可能な距離測定用撮像手段と、前記角度測定用撮像手段並びに前記距離測定用撮像手段からそれぞれ得られる前記角度測定用反射光及び前記距離測定用反射光に関する出力信号に基づいて前記被測定対象物の距離及び角度を算出する演算手段と、前記演算手段による距離・角度の算出に先だって前記距離測定用撮像手段から得られる受光量に応じて前記距離測定用投光手段から照射される光の投光量を増減させることで同受光量が所定の基準受光レベルになるように前記調整手段の制御を行う制御手段と、前記調整手段による前記距離測定用投光手段から照射される光の投光量の増減調整に関し、同投光量の上限値を定める上限値設定手段とを備えてなるところに特徴を有する。
【０００５】
請求項２の発明は、被測定対象物に光を照射しその反射光に基づいてこの被測定対象物の傾き及び距離を測定する光学測定装置であって、角度測定用投光手段からの光を前記被測定対象物に導く導光手段と、角度測定用撮像手段と、前記被測定対象物で反射した角度測定用反射光を集光し、かつ前記角度測定用撮像手段の備える撮像面に導く集光手段と、前記被測定対象物に対して所定角度傾いた方向から光を照射可能な距離測定用投光手段と、前記距離測定用投光手段から照射される光の投光量を増減調整可能な調整手段と、前記距離測定用投光手段から照射され前記被測定対象物で反射した距離測定用反射光を、前記角度測定用撮像手段が角度測定用反射光を撮像するのと同じタイミングで撮像可能な距離測定用撮像手段と、前記角度測定用撮像手段並びに前記距離測定用撮像手段からそれぞれ得られる前記角度測定用反射光及び前記距離測定用反射光に関する出力信号に基づいて前記被測定対象物の距離及び角度を算出する演算手段と、前記演算手段によって算出された距離が所定範囲内にあるか、否かの判定を行い、前記被測定対象物が前記所定範囲外にあるときには前記距離測定用投光手段からの投光を中止、或いは減光させるように前記調整手段の制御を行う制御手段とを備えてなるところに特徴を有する。
【０００６】
ここで、所定範囲とは、前記距離測定用投光手段から照射された光或いはその反射光が前記角度測定用撮像手段に入光しない、或いは入光しても被測定対象物の角度に関する測定精度に影響を与えない範囲である。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記制御手段は、被測定対象物が所定範囲外にある場合には請求項２における前記距離測定用投光手段からの投光を中止、或いは減光させる制御を行うところに特徴を有する。
【発明の効果】
【０００８】
＜請求項１の発明＞
請求項１の発明によれば、受光量に応じて距離測定用投光手段から照射される光の投光量を増減させるから、距離測定用撮像素子からは安定した出力が得られる。従って、測定の信頼性に優れるものとなる。
また、このような投光量の増減制御を行う場合には、距離測定用投光手段の投光量の増加に伴う角度測定用撮像手段への影響が懸念されるところであるが、投光量の増減は上限値を越えない範囲で行われるから、距離測定用投光手段からの光が角度測定用撮像手段に影響を及ぼすこともない。
【０００９】
＜請求項２の発明＞
請求項２の発明によれば、被測定対象物が所定範囲外にある場合には、距離測定用投光手段からの投光を中止或いは減光させる。このような制御を行えば、特定（例えば、距離測定用投光手段からの光が角度測定用撮像素子に与える影響が無視できなくなる場合）の場合であっても、角度については正確な測定を行うことが可能となる。
【００１０】
＜請求項３の発明＞
請求項３の発明によれば、受光量に応じて距離測定用投光手段から照射される光の投光量を上限値を越えない範囲内で増減させ、しかも、被測定対象物が所定範囲外にある場合には距離測定用投光手段からの投光を中止、或いは減光させるからより測定の信頼性に優れるものとなる。というのも、被測定対象物が、特定の位置にある場合（所定範囲外）には距離測定用投光手段からの光が角度測定用撮像手段に与える影響が無視できなくなることも想定されるが、この場合には、制御手段が投光を中止或いは減光させる。一方、所定範囲内にあれば、投光量の増減制御により、距離測定用撮像素子からは安定した出力が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
＜実施形態１＞
本発明に係る光学測定装置の実施形態１を図１ないし図５を参照して説明する。本実施形態の構成は図１に示す通りであり、角度測定用レーザ光源１１及び距離測定用レーザ光源２１から照射された光はミラー３１、ビームスプリッタ（本発明の導光手段に相当する）３２及びコリメータレンズ３３（本発明の集光手段に相当する）を介してワークＷ（被測定対象物）上に至り、そこで反射する。
【００１２】
その正反射光はコリメータレンズ３３、ビームスプリッタ３２及びダイクロイックミラー３４を介して例えば２次元ＣＣＤからなる角度測定用撮像素子（本発明の角度測定用撮像手段に相当する）１２及び同じく２次元ＣＣＤからなる距離測定用撮像素子（本発明の距離測定用撮像手段に相当する）２２の撮像面に集光或いは照射される。そして、集光或いは照射位置に基づいてＣＰＵ（本発明の演算・制御手段に相当する）４によりワークＷの傾きθ及び距離ｄが算出されるようになっている。
【００１３】
両レーザ光源１１，２１はそれぞれ波長の異なる光を照射するようになっており、例えば、角度測定用レーザ光源１１は波長λ１のレーザ光を出射するものとされており、距離測定用レーザ光源２１は波長λ２のレーザ光を出射するものとされている。また、両レーザ光源１１，２１にはそれぞれレーザ駆動回路１３，２３が接続されており，ＣＰＵ４からの制御信号Ｓａ，Ｓｂに基づいてそれぞれのレーザ光源１１，２１に駆動電流Ｉａ，Ｉｂを供給する。
尚、角度測定用レーザ光源１１及びレーザ駆動回路１３により角度測定用投光手段が構成され、距離測定用レーザ光源及びレーザ駆動回路１３により距離測定用投光手段が構成されている。
【００１４】
これら両制御信号Ｓａ、Ｓｂのうち、制御信号Ｓｂは距離測定用レーザ光源２１を駆動するための駆動電流Ｉｂを制御（供給或いは停止）するものであるが、制御信号Ｓｂには複数のレベル、例えば、Ｓｂ１〜Ｓｂ５までの５段階が設定されており、各制御信号Ｓｂ１〜Ｓｂ５はそのレベルに応じて、電流値の大きさの異なる駆動電流Ｉｂ１〜Ｉｂ５を供給することで距離測定用レーザー光源２１から照射される光の光量を増減させるようになっている（本発明の調整手段に相当する構成である）。
駆動電流はＩｂ１が最も小さく、Ｉｂ２、Ｉｂ３、Ｉｂ４の順に徐々に電流値が大きくなってゆき、Ｉｂ５で最大となる。そのため、制御信号がＳｂ１のときには距離測定用レーザー光源２１から照射されるレーザーの光量は最小になり、Ｓｂ５の時には最大となる。
【００１５】
制御信号Ｓｂは測定の開始段階では、中央のレベルＳｂ３に設定されているが、後述する距離測定用レーザー光源２１の投光量制御時にはＣＰＵ４からの指令に基づいて異なる制御信号（Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ４、Ｓｂ５）が選択されるようになっている。
【００１６】
また、レーザー光源１１、２１から照射された光は反射を繰り返して減衰するから、距離測定用レーザー光源２１からの照射された光の反射光が角度測定用撮像素子に入光することがあるが、投光量の上限値（制御信号Ｓｂ５が選択された場合の投光量）は、距離測定用レーザー光源２１からの反射光が角度測定用撮像素子１２に入光したとしても角度測定に影響を与えないような値に設定されている。そして、ＣＰＵ４にはメモリが付設されており、現在の制御信号Ｓｂがどの段階にあるのかを記憶することが出来るようになっている。
尚、このように制御信号Ｓｂ５を設けて、距離測定用レーザー光源２１から照射される光の投光量の上限値を定めているが、これが、本発明の上限値設定手段に相当する。
【００１７】
角度測定用レーザ光源１１からのレーザ光は直接ビームスプリッタ３２に対して入射されるようになっているのに対して、距離測定用レーザ光源２１からのレーザ光はミラー３１で反射してビームスプリッタ３２に向かう。
また、角度測定用レーザ光源１１からのレーザ光はビームスプリッタ３２の入射面に垂直に入射させており、距離測定用レーザ光源２１からのレーザ光はビームスプリッタ３２の入射面に対して斜めに入射させるように配置されている。これによって、角度測定用レーザ光源１１の光線軸は光学系の光軸（基線軸）ＬＣ（Ｌ´Ｃ´）と平行とされるとともに、距離測定用レーザ光源２１の光線軸は光学系の光軸ＬＣ（Ｌ´Ｃ´）に対して傾いた状態とされる。
【００１８】
ビームスプリッタ３２を反射したレーザ光はコリメータレンズ３３により平行光とされて、ワークＷに照射される。このとき、角度測定用レーザ光源１１からのレーザ光はワークＷが傾きのない姿勢とされているときには、ワークＷの表面に対して垂直に光が照射されているのに対して、距離測定用レーザ光源２１からのレーザ光は光学系の光軸ＬＣ（Ｌ´Ｃ´）に対して傾いているので、ワークＷの表面に対して斜めから光が照射されている。また、ワークＷに照射されたレーザ光のスポット径はレーザ光源１１のレーザ光よりもレーザ光源２１のレーザ光２１のレーザ光のほうが小さくされており、かつ、レーザ光源２１のレーザ光はレーザ光源１１のレーザ光の照射範囲内に照射されるようになっている。
【００１９】
ワークＷからの正反射光はそれぞれ、コリメータレンズ３３により集光され、ダイクロイックミラー３４に入光する。ダイクロイックミラー３４は、波長λ１の光を透過させ、波長λ２の光を反射させるように構成されており、これによって、角度測定用レーザ光源１１による正反射光は角度測定用撮像素子１２の撮像面に結像して集光スポットが形成される。また、距離測定用レーザ光源２１による正反射光はダイクロイックミラー３４を反射して距離測定用撮像素子２２の撮像面に照射される。この距離測定用撮像素子２２の撮像面は正反射光の焦点位置Ｆよりも後方に配置されているため、撮像面上には所定の大きさの光像が形成される。ここで、距離測定用撮像素子２２の撮像面を焦点位置Ｆに一致させなかったのは、ワークＷの距離に応じて焦点位置Ｆに至るまでの光路が変化するので、その光像の位置からワークＷの距離が算出できるからである。
【００２０】
ＣＰＵ４は、前述したレーザ駆動回路１３，２３に制御信号Ｓａ，Ｓｂを送信するとともに、制御信号Ｓａの送信に同期して角度測定用撮像素子１２からの出力信号（撮像信号）Ｓｃを取り込み、制御信号Ｓｂの送信に同期して距離測定用撮像素子２２からの出力信号（撮像信号）Ｓｄを取り込むようになっている。
【００２１】
また、角度測定用撮像素子１２並びに距離測定用撮像素子２２はそれぞれシャッタ（図示せず）を付設しているが、これら両シャッタはＣＰＵ４からの制御信号に基づいて同時に開閉を行うことで、各レーザー光源１１、２１から同時期に照射されワークＷで反射した反射光の各出力信号データＳｃ、Ｓｄが角度測定用撮像素子１２並びに距離測定用撮像素子２２からそれぞれ得られるようになっている。
【００２２】
本実施形態の構成は以上であり、続いてその動作について説明する。
【００２３】
「受光スポット並びに光像の中心位置の算出」
集光スポットの中心位置並びに光像の中心位置は角度測定用撮像素子１２からの出力信号Ｓｃ並びに、距離測定用撮像素子２２からの出力信号Ｓｄに基づいて算出される。より具体的に説明すると、各撮像素子１２、２２からの出力信号にはその出力レベルの大きさに大小のバラツキがある。そこで、出力信号のうちその大きさが、所定の出力基準レベル以上である出力信号の画素のみをサンプル画素として抽出し、抽出されたサンプル画素から面積重心位置を算出することで特定される。
【００２４】
＜面積重心位置＞
面積重心位置＝{Σ（ＭＩ）／ΣＭ}
Ｉ：撮像手段の撮像面上において、照射領域内の各画素の位置ベクトル
Ｍ：各画素のうちサンプル画素は１、そうでない画素は０
【００２５】
「傾きθの算出」
周知のオートコリメーション法を用いて傾き算定を行う。すなわち、出力信号Ｓｃから算出された集光スポットの中心位置と、撮像面における基準位置（例えば、撮像面の中央位置）との位置関係に基づいて傾きの方向並びに傾き角を算出する。
【００２６】
「距離ｄの算出」
距離算出では、算出されたワークＷの傾きθに基づいて、光像の中心位置の補正を行ない、その後、光像の中心位置と基準位置（例えば、撮像面の中央位置）との位置関係よりワークＷの基準位置からの距離ｄを算出する。
【００２７】
より具体的には、例えば、ワークＷが図１中の(1)の位置（距離ｄ１、傾き角０）にある場合には（詳しくは図２参照）、角度測定用撮像素子１２の撮像面に形成される集光スポットの位置Ｓ１は基準位置Ｒａと一致するから、傾き角は０°と測定される。また、距離測定用撮像素子２２の撮像面における光像Ｌ１は基準位置Ｒｂからｄ１’離れていることから、これに基づいて距離ｄ１が測定される。
【００２８】
ワークＷが図１中の(2)の位置（距離ｄ２、傾き角０）にある場合には（詳しくは図３参照）、角度測定用撮像素子１２の撮像面に形成される集光スポットの位置Ｓ２は基準位置Ｒａと一致するから、傾き角は０°と測定される。また、距離測定用撮像素子２２の撮像面における光像Ｌ２は基準位置Ｒｂからｄ２’離れていることから、これにより、距離ｄ２と測定される。
【００２９】
ワークＷが図１中の(3)の位置（距離ｄ２、傾き角θ１）にある場合には（詳しくは図４参照）、角度測定用撮像素子１２の撮像面に形成される受光スポットの位置Ｓ３は基準位置Ｒａから距離ｄだけ離れているから、これに基づいて、傾き角θ１が測定される。また、距離測定用撮像素子２２の撮像面における光像Ｌ３は基準位置Ｒｂからｄ３’だけ離れている。ここで、(3)の位置ではワークＷが傾いているために距離測定用撮像素子２２の撮像面に形成される光像Ｌ３が(2)の位置の場合の光像Ｌ２と異なる位置に形成される。従って、ＣＰＵ４では、傾き角θ１の基づいて補正を行うことで距離を算出するから、結局、距離はｄ２と測定される。
【００３０】
ところで、集光スポット並びに光像の中心位置は先に述べたように、所定の出力基準レベル以上の出力値をもったサンプル画素に基づいて行われるが、その画素数が多ければ多いほど測定の精度が上がり、画素数が少ないと測定に誤差が生ずる。特に、距離測定用撮像素子２２にあっては、その撮像面が正反射光の焦点位置Ｆよりも後方に配置されているため、出力信号Ｓｄのレベルが低下し易い。
【００３１】
そこで、本実施形態では、距離測定用撮像素子２２からサンプル画素が必要数（以下、基準画素数とする）得られるように、距離測定用撮像素子２２の受光量の最大値に応じて距離測定用レーザー光源２１から照射されるレーザー光の投光量の大きさが自動調整されるようにしてある。
尚、この投光量制御が本発明の距離測定用撮像手段から得られる受光量に応じて距離測定用投光手段から照射される光の投光量を増減させることで同受光量が所定の基準受光レベルになるような制御に相当するものである。
【００３２】
より具体的に説明すると、図５に示すように、ＳＴＥＰ１においてはＣＰＵ４によって距離測定用撮像素子２２の受光量の最大値（出力信号Ｓｄの最大値Ｘ）が検出される。また、このときには、メモリに制御信号Ｓｂのレベルが記憶されている。
【００３３】
次に、ＳＴＥＰ２においては、出力信号Ｓｄの最大値Ｘの大きさが所定の基準受光レベルＳと同一であるか、否かの判定を行う。尚、基準受光レベルＳとは、出力信号Ｓｄの最大値Ｘの大きさがＳに達していれば、距離測定用の撮像素子２２からサンプル画素が基準画素数得られることが予想されるものである。言い換えれば、出力信号Ｓｄの最大値Ｘが基準受光レベルＳに満たない場合には、各画素の受光レベル全体が低くなるため距離測定用撮像素子２２から抽出されるサンプル画素の画素数が基準画素数よりも少なくなる。一方、基準受光レベルＳ以上である場合には抽出されるサンプル画素の画素数が基準画素数よりも多くなる。
【００３４】
ＳＴＥＰ２における判定の結果、出力信号Ｓｄの最大値Ｘの大きさが基準受光レベルＳと等しい場合には（Ｙｅｓと判定された場合）、ＳＴＥＰ３に移行する。
【００３５】
ＳＴＥＰ３では、先に述べた手順に従って、角度測定用撮像素子１２からの出力信号Ｓｃから集光スポットの中心位置が算出され、距離測定用撮像素子２２からの出力信号Ｓｄに基づいて光像の中心が決定される。そして、集光スポット、光像の中心位置が算出されると、今度はＳＴＥＰ４に移行する。このＳＴＥＰ４では、先に述べた手順に従って、ワークＷの角度θ並びに距離ｄが算出される。
【００３６】
その後、ＳＴＥＰ５に移行して、算出されたワークＷの角度θ並びに距離ｄがモニタ等に出力される。
【００３７】
一方、ＳＴＥＰ２でＮＯと判定された場合には、ＳＴＥＰ２１に移行する。ここでは、出力信号Ｓｄの最大値Ｘの大きさと基準受光レベルＳの大きさを比較する。最大値Ｘの大きさが基準受光レベルＳより大きい場合（判定ＹＥＳの時）には、ＳＴＥＰ２２へ移行する。
【００３８】
ＳＴＥＰ２２においては、ＣＰＵ４が制御信号Ｓｂのレベルを一段階下げる（例えば、Ｓｂ３からＳｂ２に変更される）。これにより、駆動電流Ｉｂの値が小さくなり、距離測定用レーザー光源２１から照射される光の投光量が減少する。その後、ＳＴＥＰ１に移行する。
【００３９】
次に、ＳＴＥＰ２１における判定がＮｏである場合（最大値Ｘの大きさが基準受光レベルＳより小さい場合）にはＳＴＥＰ３１に移行する。ここでは、現在の制御信号Ｓｂのレベルが最大であるか、否かの判定を行い、現在の制御信号ＳｂがＳｂ５である場合（判定Ｙｅｓの場合）には、距離測定用レーザー光源２１の投光量の増減を行わず、ＳＴＥＰ３に移行して集光スポット並びに光像の中心位置が決定される。
【００４０】
また、ＳＴＥＰ３１でＮｏと判定された場合には、ＳＴＥＰ３２に移行する。ＳＴＥＰ３２においては、ＣＰＵ４が制御信号Ｓｂのレベルを１段階上げる（例えば、Ｓｂ３からＳｂ４に変更される）。これにより駆動電流Ｉｂの値が大きくなり、距離測定用レーザー光源２１の投光量が増加する。その後、ＳＴＥＰ１に移行する。
【００４１】
このように、ＣＰＵ４は距離測定用撮像素子２２の出力信号Ｓｄの最大値Ｘの大きさが基準受光レベルＳに満たない、すなわち距離測定用撮像素子２２の全体の受光レベルが低いと予想される場合には、距離測定用レーザー光源２１の投光量を増加させるように制御する（ＳＴＥＰ３２の制御）。この投光量の増加制御は、一部の例外（次述する）を除いて距離測定用撮像素子２２の出力信号Ｓｄの最大値Ｘの大きさが基準受光レベルＳに達するまで繰り返されるから、投光量の増加制御が完了した時には、距離測定用撮像素子２２からは基準画素数のサンプル画素が得られることとなり、測定の信頼性が向上する。
【００４２】
また、上記のように距離測定用レーザー光源２１の投光量を増加させる場合には、角度測定用撮像素子１２への影響が懸念されるところである。というのも、距離測定用レーザー光源２１から照射された光は反射を繰り返して減衰するが、その内の幾らかは角度測定用撮像素子１２に入光する。仮に、距離測定用レーザー光源２１の投光量が大きくなりすぎると、角度測定用撮像素子１２への影響が無視できなくなる。しかし、本実施形態では、距離測定用レーザー光源２１の投光量には上限値が設定（制御信号Ｓｂ５、駆動電流Ｉｂ５と対応）されており、しかも、その上限値の大きさは距離測定用レーザー光源２１から照射された光が角度測定用撮像素子１２に影響を与えない範囲内に設定されている。従って、角度の測定に関する信頼性にも優れる。
【００４３】
一方、ＣＰＵ４は距離測定用撮像素子２２の出力信号Ｓｄの最大値Ｘの大きさが基準受光レベルＳより大きい場合には、距離測定用レーザー光源２１から照射される光の投光量を減少させるように制御する（ＳＴＥＰ２２の制御）。これにより、距離測定用撮像素子２２から得られる出力信号Ｓｄのレベルを一定とすることが出来るし、また、消費電力の節約にもなる。
【００４４】
また、本実施形態では、レーザ光源２１のレーザ光がレーザ光源１１のレーザ光の照射範囲内に照射されるように構成されている。これにより、ワークＷ上における両レーザ光の照射位置（測定位置）が重なるから、測定の精度が高まる。  尚、このようにワークＷに対するレーザ光の照射位置（測定位置）を一定にするには、例えば、レーザ光源２１のレーザ光よりもレーザ光源１１のレーザ光のほうを小さくし、かつ、レーザ光源１１のレーザ光をレーザ光源２１のレーザ光の照射範囲内に照射されるように構成したり、或いはレーザ光源１１のレーザ光の照射範囲とレーザー光源２１のレーザー光の照射範囲とが一部において重なるような構成であってもよい。
【００４５】
＜実施形態２＞
実施形態２においては、図６に示すようにワークＷが所定範囲Ｒより外側にあるときには、ＣＰＵ４によって距離測定用レーザー光源２１から照射される光の投光量を減少させるように制御するものである。このような制御を行うとこで、ワークＷの位置が同図に示す上下方向に関して如何なる位置にあっても、ワークＷの角度を正確に測定出来るようにしたものである。以下、具体的な制御手順について図７を参照して説明する。
【００４６】
まず、ＳＴＥＰ１００では、角度測定用レーザー光源１１並びに距離測定用レーザー光源２１からそれぞれレーザー光が照射される。尚、この時、距離測定用レーザー光源２１を駆動させるための制御信号としてＳｂ３が選択される。
【００４７】
ＳＴＥＰ１１０では、角度測定用撮像素子１２からの出力信号Ｓｃから集光スポットの中心位置が算出され、距離測定用撮像素子２２からの出力信号Ｓｄに基づいて光像の中心が決定される。尚、このＳＴＥＰ１１０における処理は実施形態１のＳＴＥＰ３と同一の処理である。
【００４８】
そして、集光スポット、光像の中心位置が算出されると、今度はＳＴＥＰ１２０に移行する。ＳＴＥＰ１２０ではワークＷの角度θ並びに距離ｄが算出され、ＳＴＥＰ１３０に移行する。尚、このＳＴＥＰ１２０における処理は実施形態１のＳＴＥＰ４と同一の処理である。
【００４９】
ＳＴＥＰ１３０においては、ワークＷが所定範囲Ｒの内にあるか、否かの判定を行う。ここで、所定範囲Ｒとは図６に示す基準位置からワークＷまでの距離を問題としており、この範囲内にワークＷがあれば、距離測定用レーザー光源２１から照射された光の反射光が角度測定用撮像素子１２に入光しても、角度の測定に影響を与えないような範囲である。尚、ワークＷが所定範囲Ｒにあるか、否かを判断する場合には、距離ｄｘとＲの大きさを比較してやればよく、距離ｄｘはｄ−ｄｓにより算出出来る。
【００５０】
距離ｄｘがＲ以下の場合には、ＳＴＥＰ１４０に移行する。ＳＴＥＰ１４０においては、制御信号ＳｂがＳｂ３であるか、否かの判定を行う。制御信号ＳｂがＳｂ３である場合（判定がＹＥＳの場合）には、ＳＴＥＰ１５０に移行して、ワークＷの角度並びに距離のデータを出力する。また、制御信号ＳｂがＳｂ３以外の場合（Ｓｂ１或いはＳｂ２の場合）には、ＳＴＥＰ１４１に移行する。
【００５１】
ＳＴＥＰ１４１では、制御信号ＳｂがＳｂ３に設定され、その後、ＳＴＥＰ１５０に移行してデータの出力が行われる。
【００５２】
また、ＳＴＥＰ１３０でＮｏと判定された場合（ワークＷが所定範囲Ｒの外側にある場合）にはＳＴＥＰ１３１に移行する。ここでは、制御信号ＳｂがＳｂ１であるか、否かが判定される。判定がＹｅｓの場合には、ＳＴＥＰ１５０に移行してデータの出力が行われる。
【００５３】
一方、ＳＴＥＰ１３１での判定がＮｏの場合（制御信号ＳｂがＳｂ１以外の場合）にはＳＴＥＰ１３２に移行する。ここでは、ＣＰＵ４が制御信号Ｓｂのレベルを１段階下げる（例えば、Ｓｂ３からＳｂ２に変更される）。これにより駆動電流Ｉｂの値が小さくなり、距離測定用レーザー光源２１から照射される光の投光量が減少する。その後、ＳＴＥＰ１５０に移行して、データの出力を行う。
【００５４】
以上のことから、所定範囲Ｒの外側にワークＷがあって、距離測定用レーザー光源２１から照射される光の反射光が角度測定用撮像素子１２に対する影響が無視出来なくなるような状況下にある場合には、ＣＰＵ４が距離測定用レーザー光源２１から照射される光の投光量を減ずるような制御を行う（ＳＴＥＰ１３２の制御）。そのため、ワークＷの位置に拘わらず、ワークＷの角度については正確な測定結果が得られる。
【００５５】
加えて、所定範囲Ｒの外側にあったワークＷが所定範囲Ｒのエリア内に復帰してきた場合には、ＣＰＵ４が制御信号ＳｂをＳｂ３に戻すことで減光されていた距離測定用レーザー光源２１の投光量が初期の投光量に復帰される（ＳＴＥＰ１４１の制御）。そのため、復帰した以降においては、ワークＷの角度、距離の双方に関して信頼性の高い測定結果を得ることが出来る。尚、実施形態２における光学的な装置の構成については、実施形態１と同一であるため説明は省略する。
【００５６】
＜実施形態３＞
次に、本発明の実施形態３を図８を参照する。実施形態３では、実施形態１におけるＣＰＵ４による距離測定用レーザー光源２１の投光量制御と、実施形態２における投光量制御を組み合わせたものである。ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ３２までは、実施形態１において述べた説明と同様であるため、それ以降の制御について説明を行うものとする。
【００５７】
ＳＴＥＰ１３０においては、ワークＷが所定範囲Ｒの内にあるか、否かの判定を行う。ワークＷが所定範囲Ｒの内にあれば（判定結果がＹＥＳの場合）、ステップ１５０に移行する。
【００５８】
一方、Ｎｏと判定された場合には、ＳＴＥＰ１３５に移行する。ここでは、ＣＰＵ４が制御信号Ｓｂの発信を止める指令を行うことで駆動電流Ｉｂの供給が停止される。これにより、距離測定用レーザー光源２１からの投光が中止される。その後、ＳＴＥＰ１５０に移行してデータの出力が行われる。
【００５９】
このような投光量制御を行えば、距離測定用撮像素子２２からの出力信号Ｓｄの最大値Ｘの大きさに応じてＣＰＵ４が投光量を自動的に増減させるから（ＳＴＥＰ２〜ＳＴＥＰ３２までの制御）、出力信号Ｓｄが安定し測定精度の信頼性が向上する。また、ワークＷが所定範囲Ｒの外側にあるときには、ＣＰＵ４が距離測定用レーザー光源２１からの投光を中止させるから（ＳＴＥＰ１３０、１３５の制御）、係る場合においてもワークＷの角度については正確な測定結果が得られる。
【００６０】
＜実施形態４＞
次に、本発明の第４実施形態を図９を参照して説明する。本実施形態と実施形態１との相違は、角度測定用レーザ光源１１とビームスプリッタ３２との間にコリメータレンズ１４（第１のコリメータレンズ）が配されているとともに、距離測定用レーザ光源２１とミラー３１との間にコリメータレンズ２４（第２のコリメータレンズ）が配されており、それぞれのレーザ光源１１，２１からの光が平行光に変えられてからビームスプリッタ３２に至るように構成されている。また、ダイクロイックミラー３４とビームスプリッタ３２との間に収束レンズ３６が配されている。
【００６１】
このように構成することで、両レーザ光源１１，２１からのレーザ光をそれぞれのコリメータレンズ１４，２４により平行光に変えてからビームスプリッタ３２に導く構成としているから、両レーザ光源１１，２１からビームスプリッタ３２までの光学的距離の調整を行なう必要がなく装置内の光学系の組付け精度を緩やかにすることができるとともに、光学系の調整作業も簡略化することもできる。尚、本実施形態における投光量の制御については、実施形態１ないし実施形態３のいずれかの投光量制御を行っている。
【００６２】
＜実施形態５＞
次に、本発明の実施形態５を図１０を参照して説明する。本実施形態と実施形態４との相違点は、ビームスプリッタ３２に代わってＳ偏光を反射しＰ偏光を透過させる偏光ビームスプリッタ３７を配し、さらに、この偏光ビームスプリッタ３７とワークＷとの間に１／４波長板３８を設けたところにある。また、ワークＷの表面は鏡面であることが望ましい。
【００６３】
一般にレーザ光は直線偏光とされているから、両レーザ光源１１，２１からのレーザ光を偏光ビームスプリッタ３７に照射すると、Ｓ偏光が反射して１／４波長板３７に向かうとともに、Ｐ偏光は透過する。Ｓ偏光は１／４波長板３８を透過することで円偏光に変えられてワークＷに照射される。ワークＷからの正反射光は円偏光のまま１／４波長板３８を透過する。このときに円偏光からＰ偏光に変えられ、これによって偏光ビームスプリッタ３７を透過してそれぞれの撮像素子手段１２，２２に照射される。
【００６４】
本実施形態のような構成とすることで光学的な損失を低減することが可能となり、鏡面体検出におけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。また、レーザ光源１１，２１から出射される光は直線偏光であるから、直線偏光を出射させるための構成を極めて簡略化することができる。
尚、本実施形態における投光量の制御については、実施形態１ないし実施形態３のいずれかの投光量制御を行っている。
【００６５】
＜実施形態６＞
次に、本発明の実施形態６を図１１を参照して説明する。実施形態１では、角度測定用レーザ光源１１から照射された光をビームスプリッタ３２に反射させて、ワークＷに導光させたが、実施形態６では、角度測定用レーザ光源１１から照射された光をコリメータレンズ１４を介して平行光に変え、これをワークＷに直接入光させている。また、距離測定用撮像素子２２は、ワークＷで反射された距離測定用反射光の進行方向前方に配されており、距離測定用反射光はコリメータレンズ１４を透過した後に、距離測定用撮像素子に直接受光されるようになっている。
【００６６】
このように、距離測定用レーザー光源２１から距離測定用撮像素子２２に至るまでの間での反射回数を少なくすることで光の減衰が最低限に押さえられるから、反射を数回繰り返す場合に比較して、距離測定用撮像素子２２からは出力値の大きな出力信号が得られる。
尚、本実施形態における投光量の制御については、実施形態１ないし実施形態３のいずれかの投光量制御を行っている。
【００６７】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００６８】
（１）実施形態１では、距離測定用レーザー光源２１の投光量の調整を５段階としたが、上限値を越えない範囲内で調整可能なものであればよい。
【００６９】
（２）実施形態１では、距離測定用撮像手段２２の受光量の大きさを出力信号Ｓｄの最大値Ｘに基づいて判断したが、例えば、出力信号Ｓｄの平均値やピーク値に基づいて判断するものであってもよい。
【００７０】
（３）実施形態１では、距離測定用撮像素子２２並びに角度測定用撮像素子１２の出力信号Ｓｃ、Ｓｄから受光スポット、及び光像の中心位置を算出するのに面積重心位置より算出したが、例えば、体積重心位置に基づいて中心位置を特定するものであってもよい。
【００７１】
（４）実施形態２では、所定範囲について、ワークＷの距離ｄに関する範囲を問題にしたが、ワークＷの角度θに関する範囲であってもよい。この場合には、ワークＷが所定範囲θｒ以上傾いた場合に、距離測定用レーザー光源２１からの光を減光或いは中止することにより、距離測定用レーザー光源２１からの光が角度測定用撮像素子１２に入光せず、あるいは入光してもその影響が小さくて済む。
【００７２】
（５）実施形態３では、ワークＷが所定範囲Ｒの外側にある場合に、ＣＰＵ４からの制御信号に基づいて距離測定用レーザー光源２１からの投光を中止させる構成としたが、機械スイッチ等を設けて、人手により投光を中止させるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】実施施形態１に係る光学測定装置の全体構成を示した模式図
【図２】ワークの位置と反射光の光路を示した概略図
【図３】ワークの位置と反射光の光路を示した概略図
【図４】ワークの位置と反射光の光路を示した概略図
【図５】投光量制御のフローチャート
【図６】実施形態２に係る光学測定装置の全体構成を示した模式図
【図７】投光量制御のフローチャート
【図８】実施形態３に係る投光量制御のフローチャート
【図９】実施形態４に係る光学測定装置の全体構成を示した模式図
【図１０】実施形態５に係る光学測定装置の全体構成を示した模式図
【図１１】実施形態６に係る光学測定装置の全体構成を示した模式図
【符号の説明】
【００７４】
４…ＣＰＵ
１１…角度測定用レーザ光源
１２…角度測定用撮像素子
１３…レーザ駆動回路
２１…距離測定用レーザ光源
２２…距離測定用撮像素子
２３…レーザ駆動回路
Ｗ…ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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